DE3016970A1 - Regelanordnung fuer gleichstrom-uebertragungsleitungen - Google Patents

Regelanordnung fuer gleichstrom-uebertragungsleitungen

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DE3016970A1 DE19803016970 DE3016970A DE3016970A1 DE 3016970 A1 DE3016970 A1 DE 3016970A1 DE 19803016970 DE19803016970 DE 19803016970 DE 3016970 A DE3016970 A DE 3016970A DE 3016970 A1 DE3016970 A1 DE 3016970A1
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Description

Beschreibung:
Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelanordnung für die Übertragung von Gleichstrom, insbesondere für die Gleichstromübertragung über lange Strecken.
Derartige Regelanordnungen sind beispielsweise aus der DE-AS 2 340 669 bekannt. Die Erfindung baut auf dieser Anordnung auf; sie enthält zwei Umrichter (Wechselstrom-Gleichstrom und Gleichstrom-Wechselstrom), die miteinander über eine. Gleichstrom-Fernleitung verbunden sind. Die Wechselstromseiten der beiden Umrichter sind jeweils über einen Anzapftransformator mit einem Dreh- oder Wechselstromnetz verbunden. Bei dieser Anordnung wird die Stellung der Anzapfung des Transformators so bestimmt, daß die Leerlauf-Sekundärspannung des Transformators konstant ist. Mit anderen Worten, die Anzapfung des Transformators wird stets so gewählt, daß die Sekundärspannung (auf der Umrichterseite) bei Leerlauf auf einem bestimmten Wert bleibt, unabhängig davon, wie hoch die Sekundär-^ Spannung des Transformators unter Last ist. Die Leistungsoder Spannungsunterstützung im Notfall wird ausschließlich durch Beeinflussung des Steuer- oder Zündwinkels ermöglicht, so daß schnelle und hohe Leistungs- oder Spannungsunterstützungen möglich sind.
Bei Wechselrichtern wird der Zündwinkel so geregelt, daß die Gleichspannung konstant ist. Angesichts der Anzapfungsregelung des Transformators auf der Wechselrichterseite kann die Wechselrichterregelung als auf die Aufrechterhaltung eines konstanten Leistungsfaktors gerichtet betrachtet werden. Der Leistungsfaktor cos f des Umrichters ergibt sich angenähert aus der Gleichung:
cos ψ = V /1.35 E2 (1)
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Darin sind V, eine Gleichspannung, E„ die Transformatorspannung an 'der Umrichterseite und ω der Regel- oder Zündwinkel- In Gleichung (1) wird E? durch Regelung der Anzapfungen des Transformators konstant gehalten, V, wird durch die Konstantspannungsregelung des Umrichters bestimmt. Im Ergebnis ist der Leistungsfaktor cos φ des Umrichters unabhängig von den Änderungen anderer Faktoren ein fester Wert. Dagegen ergibt sich die Klemmen-Gleichspannung V, des Wechselstrom-Gleichstrom-Umrichters (Gleichrichter) bei einer Konstantstrom-Regelanordnung aus der Summe der Konstanten Klemmenspannung V,. des Wechselrichters und dem Leitungs-Spannungsabfall I,-R,. Aus diesem Grunde ändert sich gemäß Gleichung (1) 1CXOt-T. des konstanten E- die Gleichspannung Vd mit der Last (d.h.
stungsfaktor cos Φ ändert.
nung V, mit der Last (d.h. Strom IJ, so daß sich der-Lei— α d
Infolge dieser Änderung des Leistungsfaktors cos ψ erhöht sich die vom Gleichrichter aufgenommene Blindleistung Q:
Q = fiE 2i Jd Sin
In dieser Gleichung wird die Leerlauf-Sekundärspannung E„ durch die Anzapfungsregelung des Transformators auf einem konstanten Wert gehalten. Der Gleichstrom I, nimmt bei geringer Last ab. Da der Regelwinkel ψ bei kleiner Last ansteigt (dies ergibt sich aus der Tatsache, daß in Gleichung (1) E auf einen konstanten Wert geregelt und V bei kleiner Last vermindert wird) nimmt jedoch der Wert von sin ψ bei geringer Last ab. Der Anstieg von sin (p ist größer als die Abnahme von I,, so daß insgesamt die Blindleistung Q bei geringer Last ansteigt. Der Wert des Anstieges von Q bestimmt sich aus der Änderung der Gleichspannung V, am Anschluß des Gleichrichters. Je länger daher die Leitung und damit die Impedanz. R, größer ist, umso stärker ändert sich die Blindleistung Q. Dies zieht Schwierigkeiten nach sich, insbesondere wenn der Gleichrichter über eine lange Fernleitung an ein schwaches Netz angeschlossen ist. Hierbei muß die Verminderung der
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Netzstabilität berücksichtigt werden, die durch den Verbrauch einer unnötig hohen Blindleistung bei geringer Last eintritt. Die Blindleistung Q am Anschluß des Wechselrichters nimmt mit abnehmendem Gleichstrom I, ab, weil der Regelwinkel ψ festliegt. Dies verbessert erwünschterweise die Netzstabilität.
Die bekannte Anordnung zur Konstanthaltung der Sekundärspannung des Transformators unter Leerlauf ist also hinsichtlich der Leistungsunterstützung im Notfall sehr wirksam. Bei Anwendung zusammen mit einem schwachen Netz ist jedoch eine weitere Verbesserung hinsichtlich der Blindleistung notwendig.
Die beschriebene Schwierigkeit der Anordnung zur Konstanthaltung der Sekundärspannung bei Leerlauf ergibt sich aus der Tatsache, daß, da eines der Enden der übertragungsleitung auf konstanter Gleichspannung gehalten wird, sämtliche Spannungsänderungen infolge des Spannungsabfalls auf der Leitung sich am anderen Ende als Spannungsänderung darstellen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Regelanordnung für Gleichstrom-Fernleitungen zu schaffen, durch die die Systemstabilität bei einer Anordnung zur Regelung der Leerlauf-Sekundärspannung eines Transformators auf einen festen Wert verbessert wird.
Erfindungsgemäß wird einer der beiden Umrichter, von denen der eine ein Gleichrichter und der andere ein Wechselrichter ist, einer variablen Gleichspannungsregelung entsprechend dem Wert der Last (Gleichstrom) unterworfen. Die Regelung der variablen Gleichspannung erfolgt so, daß die Gleich-Klemmenspannung eines der Umrichter ansteigt, während die Gleich-Klemmenspannung des anderen Umrichters (Wechsel- in Gleichstrom) bei geringer Last abnimmt. Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung wird an beiden Seiten der Leitung eine durch den Leitungsspannungsabfall verursachte Spannungsänderung hervorgerufen, so daß der Anstieg der Blindleistung soweit möglich wirksam unterdrückt wird.
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Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiele- Es zeigen:
Fig. 1 das schematische Schaltbild einer Gleichstrom-Übertragungsleitung und einer erfindungsgemäßen Regelanordnung,
Fig. 2 ein detaillierteres Schaltbild einer ersten Ausführungs- förm der erfindungsgemäßen Regelanordnung,
Fig. 3 im Diagramm die Spannungsverteilung bei einer erfindungsgemäß geregelten Gleichstrom-Übertragungsleitung,
Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Regelanordnung und
Fig. 5 im Diagramm die Kennlinie des Funktionsgenerators der Fig. 4.
Fig. 1 zeigt den Gesamtaufbau eines Gleichstrom-übertragungssystems mit einer erfindungsgemäßen Regelanordnung. Die. Bauteile der Anordnung an der linken Seite der übertragungsleitung sind mit dem zusätzlichen.Symbol A, die auf der rechten Seite mit dem zusätzlichen Symbol B bezeichnet. Diese zusätzlichen Bezeichnungen werden im folgenden weggelassen, es sei denn, daß die zusätzlichen Symbole zur Unterscheidung notwendig sind. Die Stationen am Anfang und Ende der Gleichstrom-Übertragungsleitung enthalten je einen Umrichter 3, dessen Gleichstromanschluß über eine Drossel 4 und eine Fernleitung 5 an die Station am anderen Ende der Leitung angeschlossen ist. Die Drehoder Wechselstromklemme des Umrichters 3 ist über: einen Anzapfungstransformator 2 an ein Wechsel- oder Drehstromnetz 1 angeschlossen. Bei dieser Gleichstromübertragungsanordnung, müssen die Anzapfungsstellung des Transformators 2 und der Zündwinkel des Umrichters 3 geregelt werden. Die Leerlaux-Sekundärspannung wird durch einen Anzapfungsregler 10 auf einen
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konstanten Wert geregelt. Dieser Regler 10 ist in der DE-AS 2 340 669 im einzelnen beschrieben. Der Zündwinkel des Umrichters 3 wird durch das Ausgangssignal einer Zündwinkel-Regeleinrichtung 7 bestimmt, dem die Ausgangssignale eines Gleichspannungswandlers 9, eines Gleichstromwandlers 8 und eines Steuergeräts 6 zugeführt werden.
Das Steuergerät 6 und die Einzelheiten der Zündwinkel-Regeleinrichtung 7 sind in Fig. 2 dargestellt (es ist nur eine Station dargestellt, die Zündwinkel-Regeleinrichtung 7 der anderen Station ist identisch aufgebaut). Von dem Steuergerät 6 werden der Zündwinkel-Regeleinrichtung 7 der anderen Station · eine Reihe von Stellsignalen zugeführt.
Im folgenden wird zunächst ein bekannter Schaltungsaufbau erläutert, darauf folgt die Erläuterung eines zusätzlichen, erfindungsgemäßen Teils 70, der von einer strichpunktierten Linie umrandet ist. Das Steuergerät 6 liefert einen Gleichstrom-Sollwert I, , einen Strom-Grenzwert ΔΙ., und einen Gleichstrom-Solldp d
wert V, zum Zündwinkel-Steuergerät 7 der Stationen. Eine Subtraktionseinrichtung 701 (Fig. 1) dient zur Subtraktion des Ausgangssignals I, des Gleichstromwandlers 8 und des Strom-Grenzsignals ΔΙ, vom Gleichstrom-Sollwert I, vom Steuergerät 6. Ein Stromfehlerverstärker 7 02 dient zur Verstärkung des Ausgangssignals der Subtraktionseinrichtung 701. Die Bauteile 701, 8 und 702 bilden eine Konstantstrom-Regeleinrichtung. Eine Subtraktionseinrichtung 703 dient zur Subtraktion des Ausgangssignals V des Gleichspannungswandlers 9 vom Sollwert V, der Gleichspannung vom Steuergerät 6, ein Spannungsfehlerverstärker 704 verstärkt das Ausgangssignal der Subtraktionseinrichtung 703. Die Bauteile 703, 9 und 704 bilden eine Konstantspannungsregeleinrichtung. Ein Wechselspannungswandler 705 dient zur Erfassung der Spannung an der Wechselspannungs/Gleichspannungs-Übergangsstelle, eine Grenzwinkel-Regeleinrichtung 706 erzeugt
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- 8 - ■-■■■■....
einen Grenzwinkel, der für den stabilen Betrieb des Umrichters 3 erforderlich ist und als Inverter von den Ausgängen des Wechselspannungswandlers 705 und des Gleichstromwandlers 8 dient. Diese Grenzwinkel-Regeleinrichtung 706 dient als Stütze oder Reserve für die Konstantspannungs-Regeleinrichtung. Eine Minimalwert-Wählschaltung 707 erzeugt ein den Minimalwert der . Eingangssignale von den drei Schaltungen 702, 704 und 706 darstellendes Signal. Ferner enthält die Schaltung einen bekannten automatischen Impulsphasenschieber 708 und ein logisches Gatter* 709.
Bei diesem Aufbau ist der Strömgrenzwert Δΐ^ für die eine Station gleich Null, während er für die andere Station einen geeigneten Wert annimmt. Die Beziehung der Werte der Ausgangssignale der Schaltungen 702, 704 und 706 ist so, daß, wenn das Signal ΔΙ-, einen geeigneten Wert annimmt, der Stromfehlerverstärker 702 gesättigt ist, so daß das Ausgangssignal des Stromfehlerverstärkers 702 einen Maximalwert annimmt. Dabei wird das Ausgangssignal entweder des Spannungsfehlerverstärkers 704 oder der Grenzwinkel-Regeleinrichtung 706 gewählt; dieses gewählte Ausgangssignal läßt den Umrichter als Wechselrichter arbeiten. An der Station, an der der Strom Al, gleich Null ist, liegt das Ausgangssignal des Stromfehlerverstärkers 702 auf einem Minimalwert, so daß der Umrichter als Gleichrichter arbeitet. Mit anderen Worten, der eine Umrichter wird bei Konstantstromregelung als Gleichrichter und der andere bei Konstantspannungsregelung oder Regelung auf konstanten Grenzwinkeln als Wechselrichter betrieben. .
Soweit die bekannte Schaltung. Erfindungsgemäß sind zusätzlich die folgenden Schaltungsbestandteile vorgesehen: eine Spannungs-Einstelleinrichtung 710,- eine Multiplizierstufe 711 zur Multiplikation des· Ausgangssignals der Spannungs-Einstelleinrichtung 710 mit dem Aus gangs signal des Steuergeräts 6,. und eine Subtraktionseinrichtung 712. Das Ausgangssignal der Multiplizier- :.·.
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stufe 711 wird dem Gleichrichter und dem Wechselrichter zugeführt. Im ersteren Fall wird das Ausgangssignal der Konstantstrom-Regelanordnung (Verstärker 702) und im letzteren Fall, das Ausgangssignal der Konstantspannungs-Regelanordnung (Ver-~ stärker 704) oder der Regelanordnung (Verstärker 706) zur Regelung des konstanten Grenzwinkels gewählt, und zwar durch Einstellung der Verstärkung der Regelanordnung oder ihres Ausgangssignals. Das Ausgangssignal der Multiplizierstufe 711 wird auch dem Gleichrichter zugeführt, da bei Umkehr der Leistungs-Flußrichtung der Wechselrichter auf Gleichrichterbetrieb umzuschalten sein muß.
Bei der derart aufgebauten Anordnung wird der Spannungs-Sollwert V, durch die Subtraktionseinrichtung 712 auf einen Wert verringert, der um den Wert des Ausgangssignals der Multiplizierstufe 71Ί verringert ist. Das Ausgangssignal der Multiplizierstufe 711 ändert sich mit dem Strom-Sollwert I, . Daher bilden
dp
die Bauteile 712, 703 und 704 eine Regelanordnung mit entsprechend der Last variabler Spannung. Wird das Ausgangssignal der Spannungs-Einstelleinrichtung 710 beispielsweise auf einen Wert eingestellt, der etwa der Hälfte des Widerstandes R, der Gleichstromübertragungsleitung äquivalent ist, nehmen die Gleichspannungen V-. und V-, die in Fig. 3 gezeigten Werte an.
In Fig. 3 ist auf der Abszisse die Länge der Gleichstrom-Übertragungsleitung aufgetragen; auf der rechten Seite b arbeitet der Umrichter als Wechselrichter und auf der linken Seite a als Gleichrichter. Auf der Ordinate ist die Spannung aufgetragen. Die Kurven 1 , 1_ und I3 zeigen die Spannungsverteilung bei gleichmäßiger Impedanzverteilung. Ist der Gleichstrom I, gleich dem Nennwert, so ist die Klemmenspannung des Umrichters (entsprechend dem Ausgangssignal der Subtraktionsstufe 712)
V,. = V, - ^R, · I' . Die Klemmenspannung V, des Gleichrichdx dp /Id dr
ters ist gleich der Summe von V und dem Leitungsspannungsabfall R1 * I ' . Daher ist
1 d
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- 1ö - .
V, = V, - ^R1 · I,. +.R. ·" I-,,' - V + ^R1 -I,1 dr dp 2 1 d1 1 d1 dp 2.-1 d
Ist der Strom bei Leerlauf gleich Null, so ist V,.. = V,"· = V, . Mit anderen Worten, die Spannungsverteilung auf der Gleichstromleitung für Nennlast ist durch die Kurve I1 dargestellt, während die Kurve 1? die Spannungsverteilung bei Leerlauf darstellt. Die Kurve 1_. zeigt die Spannungsverteilung bei Nennlast V;. = V, , V, =· V, 3 αϊ dp dr dp
+R, * I,,) bei der bekannten Anordnung, bei der die Gleitspannung auf der Seite des Umrichters konstant ist, während die Kurve 1„ ebenfalls die Spannungsverteilung für Leerlauf darstellt. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung beträgt also die Spannungsänderung auf der Gleichrichterseite etwa die Hälfte der bei der bekannten Anordnung auftretenden Änderung, so daß die Schwierigkeit einer erhöhten Blindleistung bei geringer Last praktisch behoben und somit die Stabilität der Anordnung wesentlich verbessert wird. Auf der Wechselrichterseite steigt die Spannung an und die Blindleistung wird bei geringer Last vermindert, so daß die Anordnung stabiler arbeiten kann/
Wie Fig. 3 zeigt, liegt die Spannung an einem bestimmten Punkt der Gleichstrom-Übertragungsleitung fest. Zu diesem Zweck wird gemäß Fig. 2 die Spannung kompensiert (V, - R, ^ I, ) Der gleiche Zweck wird erreicht durch Kompensation der erfaßten Spannung und Verwendung von V, + R1 - I, als Rückkopplungssignal bei fest eingestellter Spannung. Dies gilt auch für das Ausführungsbeispiel der Fig. 4. . ....._
Im Gegensat2 zum Ausführungsbeispiel der Fig. 2, bei dem ein Spannungskorrekturwert durch Multiplikation des eingestellten Gleichstromwerts mit dem Wert der eingestellten Spannung erhalten wird, wird bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 der Spannungskorrekturwert von einem Funktionsgenerator 720 erhalten. Die übrigen Bestandteile der Schaltung der Fig. 4 sind ähnlich denen der Fig. 2 mit gleichem Bezugszeichen.
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Ein Beispiel der Kennlinie des Funktionsgenerators 720 ist in Fig. 5 gezeigt. Die Kennlinie ist linear, so daß eine Spannung von ^R - I bei Nennstrom erhalten wird.
Bei dieser Ausführungsform ergibt sich der gleiche Effekt wie bei dem der Fig. 2; ihr Vorteil ist, daß die Multiplikation einfacher ist als bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2. Die vorstehende Beschreibung zeigt den Fall, daß die Korrektur entsprechend dem eingestellten Stromwert I, erfolgt. Dieser Wert kann jedoch mit gleichem Effekt durch den erfaßten Gleichstromwert I oder durch direkte Erfassung der Last zur Korrektur ersetzt werden. Da bei ansteigender Spannung auf einer Seite der Leitung die Spannung am anderen Ende bei geringer Last abfällt, muß, um das Ziel der Erfindung zu erreichen, das Ausgangssignal der Einstelleinrichtung 710 der Fig. 2 oder die Kennlinie des Funktionsgenerators in Fig. nicht notwendig gleich ^R, sein. Kurz, sie können entsprechend dem Verhältnis der Spannungsänderungen an den Stationen bestimmt werden. Ferner kann die Konstantspannungsregelung des Wechselrichters bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 mit gleichem Effekt durch Konstantspannungsregelung des Gleichrichters ersetzt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird also die Verminderung der Systemstabilität eliminiert, die sonst infolge der Erhöhung der Blindleistung bei geringer Last auftreten würde. Dabei beeinträchtigt die erfindungsgemäße Regelung die Sekundärspannungsregelung des Transformators bei Leerlauf nicht nachteilig. Mit anderen Worten, die Erfindung hat den zweifachen Vorteil einer Not-Lastunterstützung und der verbesserten Stabilität bei geringer Last.
DE/mo 03 C 045/0959
L e e r s e i t e

Claims (3)

  1. Patentansprüche:
    M.)Regelanordnung für Gleichstrom-Übertragungsleitungen, wobeidie Gleichstrom-Übertragungsleitung die Gleichspannungsklemmen zweier Umrichter verbindet, mit einem mit Anzapfungen versehenen Transformator zwischen einer Wechselspannungsklemme jedes Umrichters und einem zugehörigen Wechselspannungssystem, wobei für jeden Umrichter eine Anzapfungs-Regeleinrichtung zur Regelung der Anzapfungsstellung derart vorgesehen ist, daß die Leerlaufspannung des zugehörigen, mit Anzapfungen versehenen Transformators auf der Umrichterseite konstant gehalten wird und eine Zündwinkel-Regeleinrichtung für jeden Umrichter zur Regelung des Zündwinkels des zugehörigen Umrichters vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet , daß jede der Zündwinkel-Regeleinrichtungen für die Umrichter (3) eine variable Spannungs-Regeleinrichtung (70) zur Regelung
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    der Gleich-Klemmenspannung entsprechend der Last enthält, wobei der Zündwinkel durch das Ausgangssignal der variablen Spannungs-Regeleinrichtung so geregelt wird, daß die Klemmen-Gleichspannung eines der Umrichter bei geringer Last vermindert und die Klemmen-Gleichspannung des anderen Umrichters bei geringer Last erhöht wird.
  2. 2. Regelanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge k en η zeichnet , daß als Maß für- die Last ein Gleichstrom (I, oder Ij-) als Eingangssignal für die variable Spannungs-Regeleinrichtung verwendet wird.
  3. 3. Regelanordnung nach Anspruch 1/ dadurch g e k e η η — zeichnet, daß die variable Spannungs-Regeleinrichtung so aufgebaut ist, daß die Klemmen-Gleichspannung des ihr zugeordneten Umrichters entsprechend der Last so geregelt wird, daß die Spannung an einem gegebenen Punkt der Gleichspannungs-Übertragungsleitung konstant gehalten wird.
    Beschreibung
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DE3016970A 1979-05-04 1980-05-02 Regelanordnung für Gleichstrom-Übertragungsleitungen Expired DE3016970C2 (de)

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